(57)【要約】 【課題】  構造の簡単な光スイッチを提供する。【解決手段】  コアとなる軸心部３の周囲のクラッド部分２に、軸心に沿う管状の空孔４を複数形成したＰＣＦ（フォトニッククリスタル光ファイバ）を用いた光スイッチである。入力側となる１本のＰＣＦ１（Ａ）と出力側となる例えば２本のＰＣＦ１（Ｂ）とを、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ部２２を形成する。入力側のＰＣＦ１（Ａ）と出力側の選択した一方のＰＣＦ１（Ｂ）の空孔４にそれぞれ屈折率整合オイル５を充填すると、実質的に空孔が存在しなくなりＰＢＧ構造が失われ、光を閉じ込める機能を失うので、コア３を通る光がクラッド２部に漏れる。したがって、入力側のＰＣＦ１（Ａ）から出力側の一方のＰＣＦ１（Ｂ）を選択した光路切替が行われる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとなる軸心部の周囲のクラッド部分に、軸心に沿う管状の空孔を複数形成したフォトニッククリスタル光ファイバを用いた光スイッチであって、
入力側となる１本のフォトニッククリスタル光ファイバと出力側となる１本ないし複数本のフォトニッククリスタル光ファイバとを、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ部を形成し、このカプラ部の空孔に屈折率整合オイルを出し入れすることにより、当該カプラ部が光路切替機能を果たすようにしたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
コアとなる軸心部の周囲のクラッド部分に、軸心に沿う管状の空孔を複数形成したフォトニッククリスタル光ファイバを用いた光スイッチであって、
入力側となる中心部のフォトニッククリスタル光ファイバと出力側となるその周囲に配されたＮ本のフォトニッククリスタル光ファイバとを、互いの向き合う端部近傍において束ね接合してカプラ部を形成し、このカプラ部における中心部のフォトニッククリスタル光ファイバの空孔と、周囲のうちの選択したフォトニッククリスタル光ファイバの空孔とに屈折率整合オイルを出し入れすることにより、当該カプラ部が１×Ｎの光路切替機能を果たすようにしたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
前記の各フォトニッククリスタル光ファイバとして短尺のものを用い、入力側のフォトニッククリスタル光ファイバのカプラ部と反対側の端部に接続機構を介して空孔のない通常の光ファイバを接続し、出力側のフォトニッククリスタル光ファイバのカプラ部と反対側の端部に接続機構を介して空孔のない通常の光ファイバを接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コアとなる軸心部の周囲のクラッド部分に、軸心に沿う管状の空孔を複数形成したフォトニッククリスタル光ファイバを用いた光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送路において光路の切り替えを行う光スイッチとして種々の方式があるが、例えば、複数のＶ溝を上面に備えたＶ溝基板の各Ｖ溝の片側部分に固定側光ファイバをそれぞれ収容し、可動側光ファイバを、目的とする固定側光ファイバのある位置決め溝に移動させて、Ｖ溝内で両者を突き合わせ接続するファイバ移動型の光スイッチが広く用いられている。
また、光ファイバ断面サイズの微小可動ミラーのアレイを製作し、光ファイバアレイからの光を、微小ミラーの角度を変えることで、目的とする光ファイバに反射させるＭＥＭＳミラー反射型の光スイッチもある。
さらに、その他種々の光スイッチがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の種々の光スイッチのなかで、ファイバ移動型の光スイッチは移動機構があるので、故障し易いという欠点がある。
また、ＭＥＭＳミラー反射型の光スイッチは、高価なものとなるので、実用的とは言い難い。
【０００４】
ところで、低損失、波長分散が小さい等の点で優れた特性を持つ光ファイバとして、フォトニッククリスタル光ファイバ（Photonic Crｙstal Ｆiber）が注目され、高速大容量の光通信ネットワークに対応可能なものとして期待され、研究開発が進められている。
このフォトニッククリスタル光ファイバ（以下、場合によりＰＣＦという）は、ホーリーファイバとも呼ばれ、コアとなる軸心部の周囲のクラッド部分に、光の波長程度の直径で軸心に沿う管状の空孔を複数形成した構造である。
このＰＣＦには、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）によりコアに光を閉じ込めるもの（ＰＢＧファイバ）と、従来と同じく全反射によりコアに光を閉じ込めるもの（全反射型ＰＣＦ）とがある。ＰＢＧファイバは、コアの周囲に空孔を設けることでクラッドに相当するフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を形成し、ブラッグ反射により光をコア内に閉じ込めるものである。全反射型ＰＣＦは、空孔を設けることでクラッド部分のコアに対する実効屈折率を下げたものである。
本発明者らは、故障の少ない安価な光スイッチの開発を進めるなかで、このフォトニッククリスタル光ファイバ、特にＰＢＧファイバを利用することに着想した。
【０００５】
本発明は上記背景のもとになされたもので、フォトニッククリスタル光ファイバを利用して、故障の少ない安価な光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する請求項１の発明は、ファイバの軸心部の周囲に軸心に沿う管状の空孔を複数形成したフォトニッククリスタル光ファイバを用いた光スイッチであって、
入力側となる１本のフォトニッククリスタル光ファイバと出力側となる１本ないし複数本のフォトニッククリスタル光ファイバとを、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ部を形成し、このカプラ部の空孔に屈折率整合オイルを出し入れすることにより、当該カプラ部が光路切替機能を果たすようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、ファイバの軸心部の周囲に軸心に沿う管状の空孔を複数形成したフォトニッククリスタル光ファイバを用いた光スイッチであって、
入力側となる中心部のフォトニッククリスタル光ファイバと出力側となるその周囲に配されたＮ本のフォトニッククリスタル光ファイバとを、互いの向き合う端部近傍において束ね接合してカプラ部を形成し、このカプラ部における中心部のフォトニッククリスタル光ファイバの空孔と、周囲のうちの選択したフォトニッククリスタル光ファイバの空孔とに屈折率整合オイルを出し入れすることにより、当該カプラ部が１×Ｎの光路切替機能を果たすようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３は、請求項１又は２記載の光スイッチにおいて、各フォトニッククリスタル光ファイバとして短尺のものを用い、入力側のフォトニッククリスタル光ファイバのカプラ部と反対側の端部に接続機構を介して空孔のない通常の光ファイバを接続し、出力側のフォトニッククリスタル光ファイバのカプラ部と反対側の端部に接続機構を介して空孔のない通常の光ファイバを接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
フォトニッククリスタル光ファイバの空孔が空孔のまま（屈折率整合オイルが充填されていない状態）の場合、光はフォトニッククリスタル光ファイバの本来の作用（すなわち空孔の存在によるフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）の作用）でコアに閉じ込められて、コア内を伝搬する。屈折率がガラスと同程度である屈折率整合オイルを空孔に充填した場合、実質的に空孔が存在しなくなりＰＢＧ構造が失われ、したがって、光を閉じ込める機能を失うので、コアを通る光がクラッド部に漏れる。したがって、径方向に接合している２つのフォトニッククリスタル光ファイバについて、それぞれの空孔に屈折率整合オイルを充填した場合、両者のコア間で光路の切り替えを行うことが可能となる。
【００１０】
このように、空孔に屈折率整合オイルを出し入れすることで光路の切り替えが可能であり、ファイバ移動型光スイッチやＭＥＭＳミラー反射型光スイッチやその他の従来の光スイッチと比べて構造が簡単であり、安価に製作できる。また、複雑な可動機構を必要としないので、故障の少ない光スイッチを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施した光スイッチについて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（イ）は本発明の光スイッチに用いるフォトニッククリスタル光ファイバ１の横断面図、（ロ）は縦断面図である。このフォトニッククリスタル光ファイバ（以下、場合によりＰＣＦと呼ぶ）１は、コアとなる軸心部３の周囲のクラッド２部分に、光の波長程度の直径で軸心に沿う管状の空孔４を複数形成した構造である。図示例ではコア部（軸心部）３が中実でその屈折率はクラッド部２と同じであるが、コア部が中空であってもよい。なお、図では空孔４を模式的に示したが、半径方向にも複数存在する。
図２は図１のＰＣＦ１の空孔４内にシリコンオイル等の屈折率整合オイル５を充填した状態を示し、（イ）は横断面図、（ロ）は縦断面図である。
【００１３】
図３〜図５に本発明の一実施例の光スイッチ１１を示す。図３は光スイッチ１１のカプラ部１２の平面図、図４（イ）、（ロ）はいずれも図３の要部のＡ−Ａ断面図、図５は図４（ロ）のＢ−Ｂ断面図である。図示例は２本のＰＣＦ１を用いて、オンオフを行う光スイッチとする場合であり、その２本のＰＣＦ１を、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ部１２を形成する。ＰＣＦ１どうしの接合としては、溶融させて接合する方法、あるいは接着剤で接着する方法、あるいは単に物理的に密着させる方法等を採用できる。入力側のＰＣＦを１（Ａ）、出力側のＰＣＦを１（Ｂ）で示す。そして、このカプラ部１２の空孔４に屈折率整合オイル５を出し入れすることにより、当該カプラ部１２に光路切替機能を果たさせる。図示例ではカプラ部１２を屈折率整合オイル５の入ったオイル収容槽１３内に収容している。
【００１４】
図４（イ）のように、２つのＰＣＦ１の空孔４に屈折率整合オイル５が充填されていない状態では、光はＰＣＦ本来の作用（空孔４の存在によるＰＢＧの作用）でコア（軸心部）３に閉じ込められ、入力側のＰＣＦ１（Ａ）のコア３を伝搬するする光が出力側のＰＣＦ１（Ｂ）のコア３に漏れることはない。
しかし、図４（ロ）、図５のように、２つのＰＣＦ１の空孔４にガラス程度の屈折率の屈折率整合オイル５を充填すると、実質的に空孔が存在しなくなりＰＢＧ構造が失われ、したがって、光を閉じ込める機能を失うので、コア３を通る光がクラッド２部に漏れる。したがって、径方向に接合している２つのＰＣＦ１について、それぞれの空孔４に屈折率がガラス程度の屈折率整合オイル５を充填すると、入力側のＰＣＦ１（Ａ）から出力側のＰＣＦ１（Ｂ）へ光が伝搬する。すなわち、オンオフを行う光スイッチとして機能する。
【００１５】
ＰＣＦ１の空孔４に屈折率整合オイル５を出し入れ（充填・排出）する手段としては種々の方法が考えられるが、例えば下記の方法が考えられる。
（１）ペルチェ素子により、空孔内の空気を冷却収縮させることで屈折率整合オイルを空孔４内に充填し、また加熱膨張させることで屈折率整合オイルを空孔４から排出することができる。ペルチェ素子は、ペルチェ効果を利用した電子冷熱素子であり、２つの異なる金属をつないだ閉回路に電流を流して、つなぎ合わせ部分で熱の発生、吸収を行うものである。
（２）空孔内の空気を直接吸引又は注入することにより、屈折率整合オイルを空孔に充填し、又は空孔から排出することができる。
（３）空孔内に揮発性の高い屈折率整合オイルを気化した状態で封入しておき、冷却して液化した時の圧力低下で屈折率整合オイルを充填し、加熱して気化した時の圧力上昇で屈折率整合オイルを排出することができる。
【実施例２】
【００１６】
図６、図７に本発明の他の一実施例の光スイッチ２１を示す。図６は光スイッチ２１のカプラ部２２の平面図、図７（イ）、（ロ）はいずれも図６の要部Ｃ−Ｃ断面図である。
図示例は２つの光路の切り替えを行う光スイッチとする場合であり、入力側の1本のＰＣＦ１（Ａ）と出力側の２本のＰＣＦ１（Ｂ）とを、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ２２を形成する。そして、このカプラ部２２の空孔４に屈折率整合オイル５を出し入れすることにより、当該カプラ部２２に光路切替機能を果たさせる。２３はオイル収容槽である。
【００１７】
図７（イ）のように、各ＰＣＦ１の空孔４に屈折率整合オイル５が充填されていない状態では、光はＰＣＦ本来の作用（空孔によるＰＢＧ構造の作用）でコア（軸心部）３に閉じ込められて、入力側のＰＣＦ１（Ａ）のコアを伝搬する光が出力側のＰＣＦ１（Ｂ）に漏れることはない。
しかし、図７（ロ）のように、入力側のＰＣＦ１（Ａ）と出力側の２本のＰＣＦ１（Ｂ）のうちの一方（図７（ロ）で右側）のＰＣＦ１（Ｂ）との空孔４にガラス程度の屈折率の屈折率整合オイル５を充填すると、実質的に空孔が存在しなくなりＰＢＧ構造が失われ、したがって、光を閉じ込める機能を失うので、コア３を通る光がクラッド２部に漏れる。したがって、入力側のＰＣＦ１（Ａ）から出力側の前記一方のＰＣＦ１（Ｂ）へ光が伝搬する。
すなわち、出力側の２つの光路の一方を選択する切り替えを行う光スイッチとして機能する。
【実施例３】
【００１８】
図８、図９に本発明のさらに他の実施例の光スイッチ３１を示す。図８は光スイッチ３１のカプラ部３２の平面図、図９（イ）、（ロ）はいずれも図８の要部Ｄ−Ｄ断面図である。
この実施例は１×Ｎ（図示例は１×６）の光路切り替えを行う光スイッチとする場合であり、入力側となる中心部の1本のＰＣＦ１（Ａ）と出力側となるその周囲に配された６本のＰＣＦ１（Ｂ）とを、それぞれの端部が向き合う態様で互いの端部近傍を束ね接合してカプラ部３２を形成する。そして、このカプラ部３２の空孔４に屈折率整合オイル５を出し入れすることにより、当該カプラ部３２に１×６の光路切替機能を果たさせる。３３はオイル収容槽である。
【００１９】
図９（イ）のように、各ＰＣＦ１の空孔４に屈折率整合オイル５が充填されていない状態では、光はＰＣＦ本来の作用でコア（軸心部）３に閉じ込められて、入力側のＰＣＦ１（Ａ）のコアを伝搬する光が出力側のいずれのＰＣＦ１（Ｂ）へも漏れることはない。
しかし、図９（ロ）のように、入力側の中心部のＰＣＦ１（Ａ）と出力側の６本のＰＣＦ１（Ｂ）のうちの１つのＰＣＦ１（Ｂ）との空孔４にガラス程度の屈折率の屈折率整合オイル５を充填すると、その２つのＰＣＦ１（Ａ）、１（Ｂ）については、実質的に空孔が存在しなくなりＰＢＧ構造が失われ、したがって、光を閉じ込める機能を失うので、入力側のＰＣＦ１（Ａ）と前記１つの出力側ＰＣＦ１（Ｂ）との間で光が漏れる。したがって、入力側のＰＣＦ１（Ａ）から出力側の前記選択した１つのＰＣＦ１（Ｂ）へ光が伝搬する。
すなわち、出力側の６つの光路の１つを選択する切り替えを行う１×６の光スイッチとして機能する。
【００２０】
上記のように空孔４に屈折率整合オイル５を出し入れすることで光路のオンオフないし切り替えが可能であり、ファイバ移動型光スイッチやＭＥＭＳミラー反射型光スイッチやその他の従来の光スイッチと比べて構造が簡単であり、安価に製作できる。また、複雑な可動機構を必要としないので、故障の少ない光スイッチを得ることができる。
【実施例４】
【００２１】
図１０は図８、図９の実施例の光スイッチ３１における各ＰＣＦ１に、空孔のない通常の光ファイバ（シングルモード光ファイバ）４５を接続した実施例を示す。すなわち、光スイッチ３１における各ＰＣＦ１として短尺のものを用い、入力側のＰＣＦ１（Ａ）のカプラ部３２と反対側の端部に接続機構４６を介して空孔のない通常の光ファイバ４５を接続し、出力側のＰＣＦ１（Ｂ）のカプラ部３２と反対側の端部に接続機構４６を介して空孔のない通常の光ファイバ４５を接続した構成である。
この構成により、空孔のない通常の光ファイバによる通信線路における光スイッチとして使用可能になる。
【００２２】
前記接続機構４６は、いわゆるメカニカルスプライスとも呼ばれる構造のものであり、図１１、図１２に示すように、上面にＶ形の調心溝５１ａを形成した細長い略直方体状のベース５１と三分割の略直方体状の蓋体５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）とを重ね合わせ、コ字形の板ばね５３で両者５１、５２を弾性的に挟持する構造である。
板ばね５３は、三分割されている蓋体５２ａ、５２ｂ、５２ｃに合わせて、それぞれを個別に押圧できるように２箇所に切欠５３ａを設けている。そして、調心溝５１ａに一方からＰＣＦ１を挿入し、他方から通常の光ファイバ４５を挿入して、その２つのファイバ１、４５を調心溝５１ａの中央部で屈折率整合オイル５に浸漬した状態で間隙をもって突き合わせ接続する。
また、ベース５１と蓋体５２ａ、５２ｂ、５２ｃとの重ね合わせ部の側面部分に、クサビ部材５７を差し込む３箇所の凹所５８（５８ａ、５８ｂ、５８ｃ）を形成している。
クサビ部材５７は、２つの凹所間隔に対応する２つ突片部５７ａを持ち、板ばね５３の反力に抗して隣接する２つの凹所５８ａと５８b（又は５８ｂと５８ｃ）に押し込むことで、ベース５１と蓋体５２ａ及び５２ｂ（又は５２ｂ及び５２ｃ）との間を押し広げてベース・蓋体間に隙間を形成することができる。これにより、調心溝５１ａにＰＣＦ１あるいは通常の光ファイバ４５をそれぞれ反対側から挿入し、中央部で突き合わせ接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の光スイッチに用いるフォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ）の一例を示すもので、空孔に屈折率整合オイルを充填していない状態を示し、（イ）はＰＣＦの横断面図、（ロ）は縦断面図である。
【図２】図１におけるＰＣＦの空孔に屈折率整合オイルを充填した状態を示し、（イ）はＰＣＦの横断面図、（ロ）は縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例の光スイッチにおけるカプラ部の平面図である。
【図４】図３の要部Ａ−Ａ断面図であり、（イ）は空孔に屈折率整合オイルを充填していない状態（オフの状態）、（ロ）は空孔に屈折率整合オイルを充填している状態（オンの状態）を示す。
【図５】図４（ロ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の他の実施例の光スイッチにおけるカプラ部の平面図である。
【図７】図６の要部Ｃ−Ｃ断面図であり、（イ）は空孔に屈折率整合オイルを充填していない状態（光路選択をしていない状態）、（ロ）は入力側及び一方の出力側の空孔に屈折率整合オイルを充填している状態（一方の光路を選択した状態）を示す。
【図８】本発明のさらに他の実施例の光スイッチにおけるカプラ部の平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図であり、（イ）は空孔に屈折率整合オイルを充填していない状態（光路選択をしていない状態）、（ロ）は入力側（中心部）及び出力側（周囲のもの）の選択したＰＣＦの空孔に屈折率整合オイルを充填している状態（特定の光路を選択した状態）を示す。
【図１０】上述の光スイッチにおけるＰＣＦとして短尺のＰＣＦを用い、このＰＣＦに空孔のない通常の光ファイバ（シングルモード光ファイバ）を接続機構を介して接続した光スイッチの実施例を示す図である。
【図１１】図１０における接続機構の斜視図である。
【図１２】図１１の接続機構の横断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ＰＣＦ（フォトニッククリスタル光ファイバ）
１（Ａ）  入力側のＰＣＦ
１（Ｂ）  出力側のＰＣＦ
２    クラッド部
３    コア部
４    空孔
５    屈折率整合オイル
１１、２１、３１  光スイッチ
１２、２２、３２  カプラ部
４５  通常の光ファイバ
４６  接続機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006017790.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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